Une structure conçue de manière à ne laisser passer que le feu vert. Crédit :TU Vienne
Structures poreuses extrêmement fines avec de minuscules trous, ressemblant à une sorte d'éponge au niveau nano, peut être généré dans les semi-conducteurs. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour la réalisation de capteurs minuscules ou de composants optiques et électroniques inhabituels. Des expérimentations ont déjà été menées dans ce domaine avec des structures poreuses en silicium. Maintenant, des chercheurs de la TU Wien ont mis au point une méthode de fabrication contrôlée de carbure de silicium poreux. Le carbure de silicium présente des avantages significatifs par rapport au silicium; il a une plus grande résistance chimique, et peut donc être utilisé pour des applications biologiques, par exemple, sans aucun revêtement supplémentaire requis.
Pour démontrer le potentiel de cette nouvelle technologie, les chercheurs ont intégré un miroir spécial qui réfléchit sélectivement différentes couleurs de lumière dans une plaquette de SiC en créant des couches minces d'une épaisseur d'environ 70 nm chacune et avec différents degrés de porosité.
"Il y a toute une gamme de possibilités techniques passionnantes qui s'offrent à nous lors de la fabrication d'une structure poreuse avec d'innombrables nano-trous à partir d'un morceau solide d'un matériau semi-conducteur, ", explique Markus Leitgeb de l'Institut des systèmes de capteurs et d'actionneurs de la TU Wien. Leitgeb a développé la nouvelle technologie de traitement des matériaux dans le cadre de sa thèse. "La structure poreuse influence la manière dont les ondes lumineuses sont affectées par le matériau. Si nous pouvons contrôler la porosité, cela signifie que nous avons également un contrôle sur l'indice de réfraction optique du matériau. »
Cela peut être très utile dans la technologie des capteurs, par exemple, l'indice de réfraction de petites quantités de liquide peut être mesuré à l'aide d'un capteur semi-conducteur poreux, permettant ainsi une distinction fiable entre les différents liquides.
Une autre option intéressante d'un point de vue applicatif consiste à rendre d'abord certaines zones de la plaquette de SiC poreuses de manière très localisée, avant de déposer une nouvelle couche de SiC sur ces zones poreuses, puis faire s'effondrer ces derniers de manière contrôlée - cette technique produit des microstructures et des nanostructures qui peuvent également jouer un rôle clé dans la technologie des capteurs.
Image microscopique :les couches individuelles sont clairement visibles. Crédit :TU Vienne
Cependant, il est crucial que le matériau de départ approprié soit sélectionné. "Jusqu'à maintenant, du silicium a été utilisé à cette fin, un matériau avec lequel nous avons déjà beaucoup d'expérience, " explique le professeur Schmid. Le silicium présente également des inconvénients importants, toutefois; dans des conditions environnementales difficiles comme une chaleur extrême ou dans des solutions alcalines, les structures en silicium sont attaquées et rapidement détruites. Par conséquent, les capteurs en silicium ne sont souvent pas adaptés aux applications biologiques ou électrochimiques.
Pour cette raison, les chercheurs ont tenté de réaliser quelque chose de similaire avec le carbure de silicium semi-conducteur, qui est biocompatible et considérablement plus robuste d'un point de vue chimique. Quelques astuces spéciales étaient nécessaires, cependant, afin de réaliser des structures poreuses à partir de carbure de silicium.
Le miroir à sélection de couleur
D'abord, la surface est nettoyée, puis partiellement recouvert d'une fine couche de platine. Le carbure de silicium est ensuite immergé dans une solution de gravure et exposé à la lumière UV, afin d'initier les processus d'oxydation. Ceci provoque la formation d'une fine couche poreuse - initialement de 1 µm d'épaisseur - dans ces zones non revêtues de platine. Une charge électrique est alors également appliquée afin de pouvoir régler avec précision la porosité et l'épaisseur des couches ultérieures. Ici, la première couche poreuse favorise la formation des premiers pores lorsque la charge électrique est appliquée.
"La structure poreuse s'étend de la surface de plus en plus à l'intérieur du matériau, " explique Markus Leitgeb. " En ajustant la charge électrique au cours de ce processus, nous pouvons contrôler quelle porosité nous voulons avoir à une profondeur donnée. il a été possible de produire une structure stratifiée complexe de couches de carbure de silicium avec des niveaux de porosité plus élevés et plus faibles, qui est finalement séparé du matériau en vrac en appliquant une impulsion haute tension. L'épaisseur des couches individuelles peut être choisie de telle sorte que la structure en couches réfléchisse particulièrement bien certaines longueurs d'onde lumineuses ou laisse passer certaines longueurs d'onde lumineuses, résultant en un système intégré, miroir à sélection de couleur.
« Nous avons ainsi démontré que notre nouvelle méthode peut être utilisée pour contrôler de manière fiable la porosité du carbure de silicium à l'échelle microscopique, " déclare Ulrich Schmid. " Cette technologie promet de nombreuses applications potentielles, de revêtements antireflet, composants optiques ou électroniques et biocapteurs spéciaux, jusqu'aux supercondensateurs résistants."
